（大公文匯網記者 劉凝哲 北京報道）國家重大科技基礎設施「高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）」（簡稱「拉索」）正式發布了迄今最亮的伽馬射線暴（簡稱「伽馬暴」，編號GRB 221009A）的高能伽馬輻射的精確能譜，該結果挑戰了傳統的伽馬暴餘輝的標準輻射模型，揭示出宇宙背景光在紅外波段強度低於預期。同時，該能譜為檢驗愛因斯坦相對論的適用範圍、探索暗物質候選粒子——軸子等新物理研究方面提供了重要信息。

上述相關結果於美國東部時間11月15日在《科學進展》（Science Advances）上發表，由中國科學院高能物理研究所牽頭的拉索國際合作組完成。

伽馬暴是來自天空中某一方向的伽馬射線突然增強的閃爍現象，是宇宙大爆炸之後最劇烈的天體爆炸現象，最早在1967年被發現。2019年以來人類發現了3例伽馬暴輻射光子的最高能量達到1 TeV（1 TeV=1萬億電子伏特）。2022年10月9日，拉索記錄到來自伽馬暴GRB 221009A高達10 TeV以上的伽馬光子，在60年的伽馬暴研究歷史上具有里程碑意義。

GRB 221009A是史上最亮伽馬暴，產生於一顆比太陽重20多倍的大質量恆星在燃料耗盡時的塌縮爆炸。此前拉索精細測量了其TeV輻射隨時間完整的變化行為，確定了其輻射起源於餘輝輻射，並揭示了記錄到此伽馬暴歷史最亮的成因，相關成果於2023年6月在《科學》（Science）上發表。

在伽馬暴標準模型中，餘輝輻射起源於以接近光速飛行的爆炸物與周圍環境氣體物質的碰撞，碰撞產生的高速激波會把電子加速到非常高的能量，這些電子進一步撞擊周圍的光子成為高能伽馬輻射。理論上這種輻射的光子能量越高，其輻射強度就衰減得越快，但本次拉索對其輻射能譜的精確測量卻發現，伽馬暴輻射一直延伸到13 TeV。該能譜對伽馬暴餘輝標準模型發起了挑戰，預示着伽馬暴餘輝的10 TeV左右光子可能產生於更複雜的粒子加速過程或者存在新的輻射機制。

據介紹，高能伽馬光子在飛行時會被宇宙中瀰漫的背景光吸收，伽馬光子能量越高，被吸收得越強烈，這就是拉索能夠探測到來自銀河系內天體的千萬億電子伏特（PeV，1 PeV=1000 TeV）伽馬光子，卻很難探測到來自遙遠伽馬暴10 TeV光子的原因。反過來，根據伽馬射線被吸收的程度，也可以研究宇宙背景光的強度與性質。宇宙背景光是宇宙中不同距離處所有的星系輻射產物的總和，與宇宙演化密切相關。GRB 221009A的極高亮度使研究人員有機會探測到來自24億光年外宇宙深處所產生的高能伽馬光子。按照目前的宇宙演化模型，1 TeV伽馬光子飛行24億光年被背景光吸收的概率約為80%，而10 TeV伽馬光子被吸收的概率則超過99.5%。本次基於拉索測量的精確能譜，推算出宇宙背景光對高能伽馬光的吸收低於預期，紅外波段宇宙背景光強度僅為現有宇宙學模型預期的40%左右。這一結果將促使人們重新考慮宇宙中星系的形成和演化過程。

另一方面，如果標準的宇宙演化模型正確，宇宙背景光對高能伽馬光子的吸收低於理論預期也可能意味着存在某種超出當前粒子物理標準模型的新物理機制。比如，作為愛因斯坦狹義相對論基礎的洛倫茲對稱性如果有非常微小的破壞，這種效應在伽馬光子24億光年的長距離飛行中就會被放大為可觀測現象，從而能夠解釋拉索觀測到的高能伽馬能譜。

軸子是標準模型之外的一種新粒子，也是當前被廣泛討論的暗物質候選粒子之一，軸子的存在也可以解釋拉索觀測到的高能伽馬光子弱吸收現象。此次，拉索發布的最亮伽馬暴的精確伽馬光子能譜，開啟了新物理探索之門，預期將會引發更多相關物理研究。

拉索是國家重大科技基礎設施，位於四川省稻城縣海拔4410米的海子山，是由5216個電磁粒子探測器和1188個繆子探測器組成的一平方公里地面簇射粒子探測器陣列、7.8萬平方米水切倫科夫探測器陣列以及由18台廣角切倫科夫望遠鏡組成的複合陣列。拉索於2021年7月建成並開始高質量穩定運行，是國際上最靈敏的超高能伽馬射線探測裝置，具有大視場和全天候的特點，每天可以監視2/3的天區範圍。這次發現充分體現了拉索國際領先的靈敏度和獨特優勢。